KONSAB Lernvideo 1 - Grundlagen der Fernerkundung
Fernerkundung Lernen
https://www.youtube.com/watch?v=U9fF3KsQOMc

Transkript (automatisch erstellt)

0:12 Was ist eigentlich Fernerkundung? Der Name verrät schon, dass es um die Erkundung aus der Ferne geht,
0:19 also das kontaktfreie Erfassen von Informationen über eine Fläche, wie der Erdoberfläche. Das geht zum Beispiel mit Satelliten, mit Flugzeugen oder mit Drohnen.
0:32 Fernerkundung bedeutet, dass ein Sensor elektromagnetische Strahlung, die an der Oberfläche und ihren Objekten reflektiert wird, aufzeichnet.
0:41 Das elektromagnetische Spektrum steht quasi im Zentrum der Fernerkundung. Es erstreckt sich von Bereichen mit ganz kleinen Wellenlängen, so wie Gamma- oder Röntgenstrahlen
0:50 über mittlere Wellenlängenbereiche, wie das sichtbare Licht hin zu den großen Wellenlängen wie Mikrowellen oder Radiowellen.
0:59 Die Fernerkundung macht sich den Fakt zunutze, dass jedes Material auf der Erde die elektromagnetische Strahlung anders reflektiert.
1:07 Das kann zum Beispiel die Strahlung sein, die von der Sonne kommt und am Boden absorbiert, transmittiert und reflektiert wird.
1:14 Wenn man sich den Anteil der Reflektion gegenüber der Wellenlänge ansieht, ergeben sich für verschiedene Materialien charakteristische Spektren.
1:22 Wasser, Boden und Vegetation haben sehr unterschiedliche Spektren, wodurch sie sich auch einfach voneinander trennen lassen.
1:30 Aus der Vogelperspektive sehen wir natürlich, dass gesunde Vegetation grün ist, denn bei ihr wird das blaue und das rote Licht absorbiert und nur das grüne reflektiert.
1:40 In der Fernerkundung sind aber auch die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums interessant, die das menschliche Auge nicht erfassen kann,
1:48 so wie zum Beispiel das Nahe Infrarot. Hier reflektiert Vegetation nämlich besonders stark.
1:56 In der Fernerkundung unterscheidet man anhand des elektromagnetischen Spektrums die großen Bereiche Optisch, Thermal und Radar.
2:04 Die optische Fernerkundung umfasst den sichtbaren, den nahen und den fernen Infrarotbereich.
2:11 Zu den optischen Satelliten gehören z.B. die Sentinel-2-Satelliten der ESA, deren Daten frei verfügbar sind.
2:18 Sentinel-2 scannt die Oberfläche mit 13 spektralen Kanälen und kann im Abstand von fünf bis sieben Tagen eine Aufnahme machen.
2:26 Die Erdoberfläche sieht man aber nur, wenn Wolken nicht die Sicht versperren. Für die Beobachtung von Landbedeckung ist Sentinel-2 besonders interessant,
2:35 denn der Sensor ist mit seinen Kanälen im Red Edge- und Nahen Infrarotbereich besonders sensitiv für Vegetation.
2:42 Schauen wir uns das Vegetationsspektrum jetzt genauer an. Man sieht, dass die Reflektion von gesunder Vegetation im sichtbaren Bereich
2:49 relativ niedrig ist und einen Peak im grünen Bereich hat. Es folgt ein steiler Anstieg hin bis zum Nahen Infrarot.
2:57 Diesen Zwischenbereich nennt man "Red Edge", weil er sich an der Kante zum roten Spektrum befindet.
3:03 Es ist dieser Bereich, der sich als Erstes verändert, wenn sich auch die Pflanze, ihre Struktur und ihre Inhaltsstoffe ändern.
3:12 Im Nahen Infrarot ist die Reflexion sehr stark. Einzelne Dellen nach unten heißen Absorptionsbanden.
3:19 Sie können in Zusammenhang gebracht werden mit Blattinhaltsstoffen wie Chlorophyll, Zellulose und Lignin, welche in diesen schmalen Bereichen
3:27 die Energie stärker absorbieren. Sentinel-2 verfügt über die grundlegenden Bänder im blauen, grünen und roten
3:36 Bereich und ist im Red Edge und Nahen Infrarotbereich sehr gut ausgestattet. Im kurzwelligen Infrarot sind ebenso zwei Bänder vorhanden.
3:45 Wichtig zu wissen: es liegen nicht immer die gleichen räumlichen Auflösungen vor. Es gibt Bänder mit 10 Meter, 20 Meter und 60 Meter Auflösung.
3:55 Wird ein Blatt gelb, verändert sich auch die spektrale Kurve. Das grüne Chlorophyll geht in der Pflanze zurück und
4:03 kann die rote Strahlung nicht mehr absorbieren. Und auch der Nahe Infrarotbereich ändert sich stark und nimmt an Reflektion ab.
4:12 Man kann also sehr gut unterscheiden zwischen vitaler und nicht vitaler Vegetation. Satellitendaten haben den Vorteil, dass man zu vielen Zeitpunkten
4:22 große Flächen erfassen kann. Wenn man allein die Bänder Rot, Grün, Blau zur Darstellung verwendet,
4:28 kann man schon, wie aus der Vogelperspektive, Strukturen erkennen und unterscheiden. Stellt man das Bild in Falschfarben dar,
4:35 also nimmt den Kanal aus dem Infrarot dazu, so lassen sich zum Beispiel innerhalb von Feldern noch stärker die Vitalitätsunterschiede feststellen:
4:44 je roter ein Bereich, desto vitaler. Jetzt stellt sich natürlich die Frage, wie das Bild, das man sehen kann, mit echten
4:51 Parametern am Boden zusammenhängt. Das kann man gut zeigen beim Vergleich von einem Vegetationsindex, der aus
4:58 Satellitendaten berechnet wurde und dem Ertrag eines Feldes. Beim klassischen Vegetationsindex NDVI werden die Informationen des Roten
5:07 und des Infrarot-Kanals verrechnet. Weil der Kontrast zwischen den beiden Bereichen im Vegetationsspektrum so stark
5:14 ist, heben sich in diesem Index unterschiedlich vitale Pflanzen stark ab. Vergleicht man dieses Bild mit einer Ertragskarte des Feldes, in diesem Fall Getreide,
5:24 kann man die Gemeinsamkeiten erkennen. Dort, wo der Index rot ist, also weniger Vitalität anzeigt,
5:31 ist oft auch schlechter Ertrag zu erwarten. Diese Korrelation zwischen NDVI und Ertrag gibt es vor allem für Getreide und Mais
5:39 und nur zu bestimmten phänologischen Zeitpunkten. Passt man aber den richtigen Zeitpunkt ab und hat eine wolkenfreie
5:46 Satellitenaufnahme, kann man den Ertrag eines Feldes schon gut abschätzen. Im Gegensatz zu den optischen Sensoren, die nur Strahlung empfangen,
5:56 senden Radarsysteme die Strahlung selbst aus. Sie empfangen dann diese Signale als Energiepulse, die je nach Oberfläche unterschiedlich stark ausfallen.
6:09 Ein Radarbild sieht ganz anders aus als ein optisches Bild und ist etwas schwerer zu interpretieren, weil es nicht dem entspricht, was wir mit dem Auge sehen können.
6:18 Der große Vorteil aber ist, dass Radar unabhängig von der Wolkendecke ist und zu jeder Tages- und Nachtzeit Information über die Erdoberfläche aufzeichnen kann.
6:29 Die Auswertung von Radardaten bedarf aber viel Übung und bringt einen relativ hohen Aufwand in der Prozessierung der Daten mit sich.
6:37 Anwendungen von Radar sind zum Beispiel die Erfassung von Bodenbewegung, Fruchtartenklassifizierung,
6:44 Phänologie, die Klassifizierung von Landbedeckung und vieles andere.
6:49 Durchaus spannend ist auch die Thermale Fernerkundung, denn sie misst die Temperatur der Erdoberfläche.
6:57 Es ist grundsätzlich interessant für Forscher, aber auch für Landwirte, die die Temperatur ihres Bestandes überwachen wollen.
7:04 Thermaldaten von Satelliten haben bisher leider nur eine sehr geringe räumliche Auflösung von 100 Metern und mehr.
7:13 Sie wollen jetzt selber starten und mit Satellitendaten arbeiten? Es ist gar nicht so schwierig. Sie brauchen nur die richtige Ausstattung.
7:22 Dazu gehört ein Computer mit ausreichend Speicher und Leistung. Sie brauchen Internet zum Herunterladen der Satellitendaten,
7:29 eine Software für die Verarbeitung von Geodaten, so wie QGIS oder ArcGIS, Geodaten, die für Sie relevant sind
7:37 und eventuell Vektordaten - Shapefiles Ihres Untersuchungsgebietes. Es lohnt sich auch, die Sentinel-Toolbox SNAP zu installieren. Sie ist zwar auf
7:45 Englisch, aber sie erleichtert den Umgang mit Sentinel-Daten immens. Lernen Sie in unseren anderen Videos, wo Sie Satellitendaten her bekommen
7:56 und wie sie damit in QGIS, ArcGIS und SNAP arbeiten.